制酸轉化系統(tǒng)始動爐優(yōu)化升級改造實踐

但亮亮

（江西銅業(yè)集團有限公司貴溪冶煉廠，江西貴溪335424）

江西銅業(yè)集團有限公司貴溪冶煉廠現(xiàn)有4套冶煉煙氣制酸系統(tǒng)，均采用接觸法制酸工藝。轉化工序設置始動爐系統(tǒng)，為預熱氣體提供外部熱量，制酸系統(tǒng)開車時將轉化器催化劑床層溫度由常溫逐步升溫至催化劑起燃溫度以上，進入正常生產過程。另外，始動爐系統(tǒng)在進轉化器一段煙氣SO2濃度長時間低于熱平衡濃度時進行補溫。未通預熱風時，始動爐爐膛溫度控制在500 ℃，預熱器底部溫度控制在400 ℃。通入預熱風時爐膛溫度控制在1 000 ℃，預熱器底部溫度控制在580 ℃，預熱器出口溫度控制在520 ℃以內。燃燒風機提供燃燒所需氧氣，稀釋風機一、二次風控制調整爐膛溫度和預熱器底部溫度。

1 存在問題

為進一步適應清潔生產的需求，2016年貴溪冶煉廠硫酸車間二系統(tǒng)始動爐完成由燃油變?yōu)槿紵烊粴獾母脑臁?016年10月二系統(tǒng)年修期間，三、四系列始動爐在運行升降溫過程中存在以下問題：

1）始動爐用天然氣流量計存在偏差。始動爐用天然氣流量計的計量不準確，不能指導操作工對始動爐運行參數(shù)調整。進始動爐天然氣沒有進行預混，燃燒火焰偏黃，燃燒效率不高，且燃燒初期火焰易被吹滅。

2）風氣比難以控制。升降溫操作過程中均為儀表操作工手動調整燃燒風和天然氣的調配比，容易出現(xiàn)風氣比過大或過小現(xiàn)象，使得升降溫曲線偏離溫度控制要求。燃燒風與天然氣比例達不到最佳，導致燃燒不充分，爐內氣流斷面壓差發(fā)生波動，引起爐體及附屬設備振動大、噪聲大。運行期間出現(xiàn)過稀釋風機自動閥門氣源管被振脫現(xiàn)象，運行過程中存在隱患。

3）溫控調節(jié)性差。始動爐二次稀釋風閥控制預熱器底部溫度，線性調節(jié)差，需頻繁大幅度調整閥門開度，增加了操作工作量。

2 解決方案

為了解決上述問題，使操作過程中變得簡便智能，保障始動爐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，2020年8月貴溪冶煉廠開始著手對三、四系列始動爐附屬設備進行技術改造。

2.1 增設新型智能燃燒器系統(tǒng)

三、四系列始動爐各增設1套新型智能燃燒器系統(tǒng)。燃燒器為分體式結構，由燃燒機、燃氣閥組（含點火閥組）、火口磚、PLC控制箱和供風系統(tǒng)組成[1]。

燃燒機是使燃料和助燃空氣以合理的配比進行充分混合、在爐膛內實現(xiàn)燃燒的部件，包括分體式燃燒機殼體、燃氣點火電極、燃燒器芯體、燃燒器接線箱、UV探頭等[2]。燃氣閥組是為燃燒機體提供穩(wěn)定壓力和流量并能夠實現(xiàn)安全關閉手動球閥和壓力監(jiān)測的部件，包括手動球閥、壓力表、過濾器、減壓閥、單作用氣動球閥、燃氣壓力變送器和點火支路、閥檢漏系統(tǒng)、點火燃氣閥組（氣球閥、調壓器、電磁閥）等。點火支路包括單作用氣動球閥、手動球閥、燃氣管、點火金屬軟管等。

燃燒器安裝應符合下列要求：①嚴禁在設備及被焊工件表面引燃電弧，試驗電流或隨意焊接臨時支撐物；②燃燒器噴嘴標高±2 mm；③保證角度偏差小于0.5°，四角高度偏差小于10 mm；④燃燒器噪音不應大于75 dB（A）；⑤燃燒器振動速度不應大于5 mm/s。

按照燃燒機的運行程序要求，系統(tǒng)進行燃燒控制時按控制原理的功能可劃分為：啟動條件驗證、前掃氣、檢漏、燃燒閥和風量關到小火位置、建立點火火焰、建立主火火焰、根據(jù)負荷信號自動實現(xiàn)空燃比例調節(jié)、熄火、后吹掃等。同時，系統(tǒng)具備故障報警和鎖定 （停機）保護功能，確保燃燒器的安全穩(wěn)定運行。

四系列新燃燒器進風管管徑與舊燃燒器不一樣，現(xiàn)場加工制作“S”型向內280 mm的長度為1 m燃燒風管。管道的安裝要符合GB 50236—2011《現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》要求。

2.2 現(xiàn)場設置PLC控制箱

在現(xiàn)場設置燃燒器系統(tǒng)PLC控制箱，PLC控制箱是現(xiàn)場與儀表DCS信息交換的工具，對燃燒器各部件進行協(xié)調控制，以確保燃燒系統(tǒng)安全可靠運行。

現(xiàn)場控制箱切至“遠程”時，預熱器出口煙氣溫度由檔位控制，爐膛溫度及預熱器底部溫度由稀釋風閥自動控制或手動控制。現(xiàn)場控制箱切至“本地”時，預熱器出口煙氣溫度、爐膛溫度及預熱器底部溫度由檔位控制。

2.3 始動爐溫度計儀表電纜更換為專用電纜

始動爐溫度計儀表電纜更換為防爆專用電纜，燃燒器閥組信號接至現(xiàn)場操作箱。另加裝1根485通訊電纜專用接收器，將始動爐壓力點、溫度點、風機閥門開度等信號傳輸至現(xiàn)場PLC控制箱上，控制箱切至 “遠程”可實現(xiàn)儀表DCS上一鍵啟停。

2.4 新增升降溫控制程序

新增PLC控制程序，對始動爐爐膛內升溫及降溫進行控制。始動爐爐膛在進行升降溫時可設定初始溫度及終點溫度，按照PLC程序內保留的溫度升降曲線可自行進行調節(jié)控制溫度的相關參數(shù)，例如稀釋風機出口閥開度。

2.5 新增儀表通訊點

原有始動爐流量計、儀表壓力計、天然氣泄漏報警器及電纜保留利舊，相關溫度及電纜、燃燒風機、稀釋風機閥門電纜利舊。將原電纜接至現(xiàn)場PLC控制柜，再通過485通訊電纜傳信號至DCS系統(tǒng)。其他新增閥門及點火信號由現(xiàn)場PLC控制柜內動作，儀表DCS上有狀態(tài)信號。

3 實施效果

相關硬件設備安裝調試完畢，程序自動控制和燃燒器檔位調節(jié)都引入到DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)一鍵智能操作，其中火力檔位分為11檔，分別設置好每一檔對應的燃氣閥、空氣閥、稀釋風閥位調節(jié)開關位信號，實現(xiàn)最佳燃氣比。

當現(xiàn)場啟動準備工作完畢，現(xiàn)場控制柜切至“遠程”控制，儀表室接收到信號后點擊DCS上二系列始動爐操作畫面中的“遠程啟動”按鈕，以下程序自動運行：

啟動燃燒風機、稀釋風機，風機運行正常后系統(tǒng)自動將燃燒風調節(jié)閥打開至吹掃閥位，進行點火前爐膛吹掃，同時系統(tǒng)將進行燃氣閥組的檢漏。首先進行燃氣總閥的檢漏步驟，再進行主燃氣閥、放散閥和點火閥檢漏，檢漏通過進入下一步，檢漏未通過則報警鎖定燃燒器。

吹掃完成后，燃燒風機風閥自動調小至點火閥位，燃燒器檔位位于初始“1”檔，啟動點火閥和點火器，火焰監(jiān)視器監(jiān)測到火焰信號常亮，點火成功。點火成功后可根據(jù)系統(tǒng)升溫要求逐步調大燃燒器檔位。爐膛溫度和預熱器底部溫度均實現(xiàn)自動控制。

利用二系統(tǒng)定修期間，改造升級的始動爐系統(tǒng)圓滿地完成催化劑恒溫吹掃、系統(tǒng)換氣任務。在運行過程中由于天然氣先經過預混，燃燒充分熱效率高，各檔位閥門開度值通過多次試驗，獲得最佳風氣比。燃燒過程中火焰顏色均呈現(xiàn)淡藍色，燃燒效果好，同時燃燒風機及稀釋風機出口風管振動值大幅下降，由超過1 mm降至100 μm以下。而采用程序控制一鍵式啟停，操作便捷穩(wěn)定可靠，多點安全檢測聯(lián)鎖監(jiān)控確保了安全有效運行。三、四系列始動爐改造成功也為制酸系統(tǒng)始動爐后續(xù)改造提供了很好的思路和樣板。

4 燃燒器故障原因分析

燃燒器故障原因分析及排除措施見表1。

表1 燃燒器故障原因分析及排除措施

5 結語

始動爐系統(tǒng)優(yōu)化改造后，制酸系統(tǒng)長時間停車后人工操作始動爐的工作量大為減少。通過DCS系統(tǒng)調節(jié)相關儀表參數(shù)，儀表操作工可以騰出時間去關注其他系統(tǒng)參數(shù)，對生產穩(wěn)定運行帶來很大幫助。